KR20010006628A - 적어도 하나의 저압 방전 램프 동작용 회로 장치 - Google Patents

적어도 하나의 저압 방전 램프 동작용 회로 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인버터(Q1,Q2)에 의해 적어도 하나의 저압 방전 램프(LP1, LP2)를 동작시키는 회로 장치에 관한 것이다. 회로 장치는 주 전류의 고조파 성분을 제한하기 위해 단순화된 고조파 필터를 가진다. 바람직한 실시예에서, 고조파 필터는 백-업 캐패시터(C2), 다이오드(D1), 사다리꼴 캐패시터(C7) 및 공진 캐패시터(C6)로 구성되어 있다.

Description

적어도 하나의 저압 방전 램프 동작용 회로 장치 {CIRCUIT ARRANGEMENT FOR OPERATING AT LEAST ONE LOW-PRESSURE DISCHARGE LAMP}
본 발명은
- 주 전압 정류기(GL),
- 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 병렬로 접속된 캐패시터(C2),
- DC 전압 입력부와 전압 출력부(M)를 가진 인버터(Q1, Q2),
- 상기 인버터(Q1, Q2)의 전압 출력부(M)에 접속되며, 적어도 하나의 공진 캐패시터(C6), 램프 인덕터(L5) 및 적어도 하나의 저압 방전 램프(LP1, LP2)의 터미널(j5,j6,j7,j8)을 가진 직렬 공진 회로로 설계된 부하 회로,
- 상기 인버터(Q1, Q2)의 DC 전압 입력부에 병렬로 접속된 평활 캐패시터(smoothing capacitor;C3), 및
- 적어도 하나의 다이오드(D1)와 적어도 하나의 캐패시터(C7)를 가진 고조파 필터를 포함하는 적어도 하나의 저압 방전 램프를 동작시키는 회로 장치에 관한 것이다.
본 타입의 회로 장치는 예를 들면 유럽 특허 명세서 EP 0 253 224 B1에 개시되어 있다. 본 특허 명세서에는 저압 방전 램프의 고주파수 동작을 위한 회로 장치가 개시되어 있다. 회로 장치에는 주 전압 정류기, 인버터, 직렬 공진 회로로 설계된 부하 회로 및 주 전류 고조파 성분을 감소시키는 목적으로 제공된 고조파 필터가 포함된다. 고조파 필터는 주 전압 정류기에 포워드 방향으로 접속된 두개의 다이오드가 직렬인 회로, 다이오드 사이의 중앙탭과 인버터의 전압 출력부를 연결시키는 캐패시터, 다이오드 사이의 중앙탭과 직렬 공진 회로의 탭을 연결시키는 다른 캐패시터를 가진다. 또한, 고조파 필터는 다른 두개의 다이오드를 가지는데, 고조파 필터의 두개의 다이오드에 병렬로 접속되며 그 중앙탭이 인버터의 전압 출력부에 접속된다.
유럽 특허 출원 EP 0 679 046 A1에 상당히 높은 런닝 전압으로 저 압 방전 램프를 동작시키는 회로 장치가 개시되어 있다. 이 회로 장치는 인버터에 인버터 스위칭 리듬을 공급하는 평활 캐패시터의 충전을 방해하는 고주파수 정류기 브리지를 가지며, 그 결과, 이 회로 장치에는 고주파수 정류기 브리지의 위에 접속된 저장 인덕터와 주 전압 정류기의 출력부에 배치된 캐패시터와 공동으로, 백-업 캐패시터와 네거티브-피드백 캐패시터의 상호 작용에 의해 실질적으로 주 역률이 0.98 미만인 정현파 주 전류 곡선이 가능하다.
본 발명의 목적은 적은 갯수의 전기 소자를 가진 단순화된 고조파 필터를 포함하는 적어도 하나의 저압 방전 램프를 동작시키는 회로 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회로 장치의 개략도이다.
상기 목적은 청구항 1 항의 특징부에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 특히, 본 발명의 개선점은 종속항에 기술되어 있다.
본 발명에 따른 회로 장치는 주 전압 정류기, 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 병렬로 접속된 캐패시터, 아래쪽에 접속되며 직렬 공진 회로로 설계된 부하 회로를 가진 인버터, 인버터의 DC 전압 입력에 병렬로 접속된 평활 캐패시터, 적어도 하나의 다이오드와 캐패시터를 가진 고조파 필터를 가진다. 본 발명에 따라, 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터의 제 1 터미널은 직렬 공진 회로의 공진 캐패시터에 접속되며 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드의 제 1 전극에 접속되며 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 접속된다. 또한, 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터의 제 2 터미널은 인버터의 전압 출력부에 접속되며 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드의 제 2 전극은 평활 캐패시터에 접속된다. 이런식으로, 회로 장치는 종래 기술과 비교하여 보다 단순하고 비용면에서 보다 효율적이며, 감소된 갯수의 전기 소자를 포함한다. 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 병렬로 접속된 캐패시터는 유리하게 캐패시턴스가 공진 캐패시터의 캐패시턴스에 적어도 0.33배가 되는 크기를 가진다. 상술한 캐패시터의 캐패시턴스의 유리한 크기 설정은, 적어도 하나의 저압 방전 램프를 거친 전압 강하가 평활 캐패시터를 커친 전압 강하를 초과하는 경우에도, 실질적으로는 정현파 주 전류 곡선 및 이에 대응하는 저 고조파 성분이 여전히 보장되는 것을 의미한다. 캐패시터에 대한 원치않는 높은 충전 전류와 이에 따른 전기 소자의 높은 부하를 피하기 위해, 주 전압 정류기의 DC 전압 출력에 병렬로 접속된 캐패시터의 캐패시턴스는 유리하게 공진 캐패시터의 캐패시턴스와 거의 비슷하다.
본 발명은 도면을 참조로 이하에서 상세히 설명된다.
본 회로 장치는 주 전압 입력부(j1,j2)와 주 전압 입력부(j1,j2)에 접속된 필터 회로를 가지며, 전류 보상 필터 인덕터(L1), 비 전류 보상 필터 인덕터(L2), 캐패시터(C1) 및 펄터 회로의 아래에 접속된 주 전압 정류기(L2)를 포함한다. 백업(back-up) 캐패시터(C2)는 접합점(j3, j4)에서 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부에 병렬로 접속된다. 다이오드(D1)의 양극은 접합점(j3)을 통해 주 전압 정류기(GL)의 포지티브 출력부에 접속된다. 다이오드(D1)의 음극은 평활 캐패시터(C3)의 포지티브 터미널에 접속된다. 평활 캐패시터(C3)의 네거티브 터미널은 접합점(j4)을 통해 주 전압 정류기(GL)의 네거티브 출력부에 접속된다. 평활 캐패시터(C3)는 두개의 트랜지스터(Q1, Q2)와 그 구동 장치(N1,N2,N3,L3,L4,R1,R2,R4,R5) 및 에미터 저항(R3,R6)으로 형성되며, 또한, 트랜지스터(Q1, Q2)중 하나의 컬렉터-에미터 경로에 각각 병렬로 접속된 두개의 프리휠링(free wheeling) 다이오드(D2, D3)로 형성된 프리-런닝 하프-브리지 인버터(free-running half-bridge inverter)에 대한 DC 전압 소스의 역할을 한다. 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 터미널 및 트랜지스터(Q2)의 에미터 터미널 또는 에미터 저항(R5)으로 형성된 하프 브리지 인버터(Q1, Q2)의 DC 전압 입력은 평활 캐패시터(C3)에 병렬로 배치된다. 직렬 공진 회로로 설계된 부하 회로는 전압 출력, 즉, 하프-브리지 인버터(Q1,Q2)의 중앙탭(M)에 접속된다. 부하 회로는 직렬로 접속된 커플링 캐패시터(C4), 램프 인덕터(L5) 및 공진 캐패시터(C6)로 구성된 구동 장치에 속하는 토로이드-코어 변환기의 제 1 권선(N1)을 가진다. 하프-브리지 인버터(Q1, Q2)의 중앙탭(M)은 제 1 권선(N1), 커플링 캐패시터(C4), 램프 인덕터(L5) 및 공진 캐패시터(C6)를 통하여 다이오드(D1)의 양극과 접합점(j3)에 접속된다. 회로 장치는 제 1 터미널이 다이오드(D1)의 양극과 접합점(j3)에 접속되고 제 2 터미널이 하프-브리지 인버터(Q1,Q2)의 중앙탭(M)에 접속된 사다리꼴 캐패시터(C7)를 가진다. 또한, 회로 장치는 다이악(diac) DC, 시동 캐패시터(C9), 저항(R7), 다이오드(D4), 두개의 직렬 접속된 저압 방전 램프(LP1,LP2), 및 보조 이그니션(ignition) 캐패시터(C8)를 포함하는 시동 장치를 가진다. 보조 이그니션 캐패시터(C8)는 제 2 저압 방전 램프(LP2)에 병렬로 배치된다. 보조 이그니션 캐패시터(C8)의 제 1 터미널은 부하 회로의 노드를 통해 공진 캐패시터(C6)에 접속되며 램프 인덕터(L5)에 접속된다. 보조 이그니션 캐패시터(C8)의 제 2 터미널은 제 1 저압 방전 램프(LP1)의 제 2 전극과 제 2 저압 방전 램프(LP2)의 제 1 전극에 접속된다. 제 1 저압 방전 램프(LP1)의 제 1 전극은 터미널(j5)을 통하여 다이오드(D1)의 음극, 트랜지스터(Q1)의 컬렉터, 평활 캐패시터(C3)의 포지티브 터미널에 접속되고, 터미널(j6), 저항(R7), 시동 캐패시터(C9)을 통해 터미널(j4) 및 평활 캐패시터(C3)의 네거티브 터미널에 접속된다. 제 2 저압 방전 램프 인덕터(L5)의 제 2 전극은 터미널(j8)을 통하여 램프 인덕터(L5), 공진 캐패시터(C6), 보조 이그니션 캐패시터(C8)에 접속된다.
시동 장치는 하프-브리지 인버터(Q1, Q2)의 오실레이션을 개시하는 역할을 한다. 동작 유니트가 스위치 온 된후, 다이악 DC는 트랜지스터(Q2)를 기초로 트리거 펄스를 발생시킨다. 이 목적을 위해, 다이악 DC 의 일 터미널은 저항(R7)과 시동 캐패시터(C9) 사이에 배치된 탭에 접속되며, 다른 터미널은 베이스 직렬 저항(R4)을 통해 트랜지스터의 베이스에 접속된다. 또한, 상술한 탭은 시동 캐패시터(C9)와 저항(R7) 사이에 배치되며 다이악 DC는 포워드-바이어스 다이오드(D4)를 통해 하프-브리지 인버터(Q1,Q2)의 중앙탭(M)에 접속된다.
인버터는 두개의 바이폴라 트랜지스터(Q1,Q2)를 가진 프리-런닝 하프-브리지 인버터로 설계된다. 인버터는 기본적으로 제 1 권선(N1)이 부하 회로에 배치되고 제 2 권선(N2,N3)이 각각 두개의 인버터 트랜지스터(Q1,Q2)중 하나의 베이스 회로에 배치된 토로이드-코어 변환기(N1,N2,N3)에 의해 구동된다. 구동 장치는 두개의 트랜지스터(Q1,Q2)에 대해 각각 베이스 직렬 저항(R1,R4), 인덕턴스(L3,L4), 저항(R2,R5)을 각각 가지며, 각각 베이스-에미터 접합에 병렬로 접속되며 인버터 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭 동작을 향상시킨다.
회로 장치가 스위칭 온 된후, 주 전압 정류기(GL)에 의해 정류된 주 전압은 백-업 캐패시터(C2)를 거쳐 제공된다. 시동 캐패시터(C9)는 다이오드(D1)와 저항(R7)을 통해 다이악 DC의 브레이크 다운 전압까지 충전되며, 그 결과 다이악 DC는 트랜지스터(Q2)의 베이스 전극을 구동하기 위해 트리거 펄스를 발생시키며, 이에 따라, 하프-브리지 인버터(Q1,Q2)의 오실레이션의 개시를 트리거한다. 토로이드-코어 변환기(RK)에 의해, 트랜지스터(Q1,Q2)의 베이스 전극은 트랜지스터(Q1,Q2)가 선택적으로 스위치되도록 구동된다. 트랜지스터(Q2)가 턴-온 된후, 시동 캐패시터(C9)는 다이악 DC가 더이상 트리거 펄스를 발생시키지 않을 때까지 다이오드(D4), 트랜지스터(Q2)의 스위칭 경로, 에미터 저항(R6)을 통하여 방전된다. 주파수가 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭 사이클에 의해 결정되는 고주파수 교류는 부하 회로, 직렬-접속된 램프(LP1,LP2)를 통하여 흐른다. 주 전압의 피크값에 대략 1.4 내지 1.5배에 해당하는 DC 전압은 평활 캐패시터(C3)를 거쳐 증가된다. 커플링 캐패시터(C4)는 평활 캐패시터(C3)를 거쳐 존재하는 전압의 대략 반까지 충전된다. 트랜지스터(Q1,Q2)의 선택적인 스위칭 때문에, 중앙탭은 선택적으로 평활 캐패시터(C3)의 네거티브 및 포지티브 터미널에 접속되며 중앙탭의 전위는 그에 따라 감소하거나 증가한다. 결과적으로, 트랜지스터 스위칭 사이클에 의해 결정되는 고주파수 교류는 부하 회로에서 흐른다. 트랜지스터(Q1,Q2)의 스위칭이 중지되는 동안, 즉, 양 트랜지스터(Q1,Q2)가 오프 상태에 있는 동안, 램프 인덕터(L5)에 저장된 에너지는 각각 대응되는 프리휠링 다이오드(D2, D3)를 통하여 흐른다. 램프 인덕터(L5)는 공진 캐패시터(C6)와 함께 직렬 공진 회로를 형성한다. 회로 장치의 전기 소자는 저압 방전 램프(LP1, LP2)의 가스 방전을 점화시키기 위해 공진-증가 전압이 공진 캐패시터(C6)와 보조 이그니션 캐패시터(C8)를 거쳐 제공되도록 구성된다. 가스 방전이 점화된후, 직렬 공진 회로(C6, L5)는 저압 방전 램프(LP1, LP2)의 방전 경로의 임피던스에 의해 댐핑된다(damping).
다이오드(D1), 백-업 캐패시터(C2), 사다리꼴 캐패시터(C7) 및 공진 캐패시터(C6)는 인버터(Q1,Q2)의 스위칭 사이클로 주 전압에 비례하게 평활 캐패시터(C3)에 소량의 전하를 공급하는 고조파 필터를 형성한다. 백-업 캐패시터(C2), 공진 캐패시터(C6), 사다리꼴 캐패시터(C7) 및 다이오드(D1)는 모두 방전 펌프로 동작한다.
만일 트랜지스터(Q2)가 턴온되면, 인버터(Q1,Q2)의 중앙탭(M)은 트랜지스터(Q2)의 도전성 컬렉터-에미터 경로를 통하여 주 전압 정류기의 출력부의 네거티브 극성에 접속된다. 사다리꼴 캐패시터(C7)는 백-업 캐패시터(C2)를 거친 전압의 순간 전압과 중앙탭(M)에서의 전위 사이의 차이에 의해 결정되는 전위차에 따라 충전된다. 주파수가 주 전압 주파수의 두배인 맥동(pulsating) DC 전압은 백-업 캐패시터(C2)를 지나 존재한다. 만일 주 전압이 그 피크 포인트를 지나 곧장 통과한다면, 사다리꼴 캐패시터(C7)는 주 전압값에 대략 1.4배만큼 충전된다.
트랜지스터(Q2)의 다음의 오프 위상에서, 인버터(Q1, Q2)의 중앙탭(M)에서의 전위와 대응되는 사다리꼴 캐패시터(C7)에서의 전위는 급격하게 증가한다. 이에 따라 사다리꼴 캐패시터(C7)는 평활 캐패시터(C3)보다 높은 전위를 수신하게 되고 다이오드(D1)을 통해 평활 캐패시터(C3)로 방전될 수 있다.
트랜지스터(Q1)가 이어서 턴온되었을 때, 중앙탭(M)의 전위는 평활 캐패시터(C3)의 전위까지 증가한다. 램프 인덕터(L5)는 반대 방향으로 충전된다.
트랜지스터(Q1)의 다음의 오프 위상에서, 램프 인덕터(L5)에 저장된 에너지는 사다리꼴 캐패시터(C7)와 공진 캐패시터(C6)로 흐른다. 다음으로, 트랜지스터(Q2)는 다시 턴온된다.
이 방식으로, 에너지는 고주파수 AC 전압의 주기마다 인버터(Q1,Q2)의 스위칭 사이클에 의해 평활 캐패시터(C3)로 일단 펌핑된다(pumping). 부하 회로로 흐르는 교류 전류의 주파수는 전형적으로 20kHz 이상이다. 평활 캐패시터(C3)로 펌핑된 방전 부분은 백-업 캐패시터(C2)를 거쳐 존재하는 전압의 순간 전압에 비례한다.
만일 두개의 저압 방전 램프(LP1,LP2)의 직렬 회로의 램프 전압 피크값이 평활 캐패시터(C3)의 전압의 반값을 초과한다면, 중앙탭(M)에서의 전위는 극성이 반전될 경우 터미널(j4)의 접지 전위 이하의 전위로 감소하며, 공진 캐패시터(C6)는 주 전압이 제로 교차점이 되는 범위에서 재충전된다. 상기 실시예에서 선택된 공진 캐패시터(C6)와 백-업 캐패시터(C2)의 캐패시턴스 크기(테이블 Ｉ)는 공진 캐패시터(C6)가 주로 백-업 캐패시터(C2)를 통하여 재충전되며 주 전류으로부터 재충전되지 않는다는 사실을 보장한다. 따라서, 주 전류의 고조파 성분은 낮게 유지될 수 있다. 공진 캐패시터(C6)가 주 전압의 제로 교차점에 있는 동안 주로 백-업 캐패시터(C2)를 통하여 재충전되기 위해, 백-업 캐패시터(C2)의 캐패시턴스의 공칭값은 공진 캐패시터(C6)의 캐패시턴스의 공칭값에 적어도 0.33배일 것이다. 지나치게 높은 충전 전류를 피하기 위해, 백-업 캐패시터(C2)의 캐패시턴스의 공칭값은 공진 캐패시터(C6)의 캐패시턴스의 공칭값을 초과하지 않아야 한다.
바람직한 실시예의 전기 소자의 적당한 크기가 테이블 I에 제시되어 있다.
본 발명은 상술한 일 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 회로 장치의 예에는 예를 들면 저압 방전 램프(LP1, LP2)의 전극 필라멘트를 예열하는 장치 또는 램프에 결함이 있을 때 인버트를 스위칭 오프하는 안전 셧다운(safety shutdown)과 같은 추가 소자가 포함될 수 있다. 또한, 고조파 필터는 적어도 하나의 포워드-바이어스된 다이오드를 포함할 수 있으며, 이 다이오드의 제 1 전극은 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 접속되며 제 2 전극은 접합점을 통해 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 병렬로 접속된 캐패시터, 공진 캐패시터, 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터 및 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드에 접속되어 있다.
본 발명에 따르면 회로 장치는 종래 기술과 비교하여 보다 단순하고 비용면에서 보다 효율적인 전기 소자로 구성될 수 있다.

Claims (5)

  1. - 주 전압 정류기(GL),
    - 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 병렬로 접속된 캐패시터(C2),
    - DC 전압 입력부와 전압 출력부(M)를 가진 인버터(Q1, Q2),
    - 상기 인버터(Q1, Q2)의 전압 출력부(M)에 접속되며, 적어도 하나의 공진 캐패시터(C6), 램프 인덕터(L5) 및 적어도 하나의 저압 방전 램프(LP1, LP2)을 위한 터미널(j5,j6,j7,j8)을 가진 직렬 공진 회로로 설계된 부하 회로,
    - 상기 인버터(Q1, Q2)의 DC 전압 입력부에 병렬로 접속된 평활 캐패시터(smoothing capacitor;C3), 및
    - 적어도 하나의 다이오드(D1)와 적어도 하나의 캐패시터(C7)를 가진 고조파 필터를 포함하는 적어도 하나의 저압 방전 램프 동작용 회로 장치에 있어서,
    - 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터(C7)의 제 1 터미널은 공진 캐패시터(C6), 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드(D1)의 제 1 전극 및 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 접속되며,
    - 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터(C7)의 제 2 터미널은 인버터(Q1,Q2)의 전압 출력부(M)에 접속되며, 그리고
    - 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드(D1)의 제 2 전극은 평활 캐패시터(C3)에 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 병렬로 접속된 캐패시터(C2)의 캐패시턴스의 공칭값은 상기 공진 캐패시터(C6)의 캐패시턴스의 공칭값의 0.33배 이상인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 병렬로 접속된 캐패시터(C2)의 캐패시턴스의 공칭값은 상기 공진 캐패시터(C6)의 캐패시턴스의 공칭값 이하인 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 고조파 필터는 상기 주 전압 정류기(GL)의 DC 전압 출력부(+,-)에 병렬로 접속된 캐패시터(C2), 상기 공진 캐패시터(C6), 상기 적어도 하나의 캐패시터(C7) 및 상기 적어도 하나의 다이오드(D1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 고조파 필터는 적어도 하나의 다른 다이오드를 가지는데, 상기 다른 다이오드의 제 1 전극은 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 접속되며, 제 2 전극은 접합점을 통하여 주 전압 정류기의 DC 전압 출력부에 병렬로 접속된 캐패시터, 공진 캐패시터, 고조파 필터의 적어도 하나의 캐패시터 및 고조파 필터의 적어도 하나의 다이오드에 접속되는 것을 특징으로 하는 회로 장치.
KR1020000006375A 1999-02-11 2000-02-11 적어도 하나의 저압 방전 램프 동작용 회로 장치 KR100632531B1 (ko)

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